(57)【要約】【課題】タービンシステムのマイクロミキサアセンブリを提供すること。【解決手段】タービンシステムのマイクロミキサアセンブリは、受入れ径を含む少なくとも１つのアパーチャを有するプレートを含む。さらに、フローを受け入れ、そのフローを燃焼器に分配するための入口および出口を有する少なくとも１つのチューブを含み、少なくとも１つのチューブは内径および外径を含み、その外径は、少なくとも１つのアパーチャの受入れ径内に嵌合するように構成され、少なくとも１つのチューブは、チューブの内径に対して半径方向力を掛けることによって、外径のある位置で少なくとも１つのアパーチャの受入れ径に動作可能に連結される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受入れ径を備える少なくとも１つのアパーチャを有するプレートと、
フローを受け入れ、前記フローを燃焼器に分配する入口および出口を有する少なくとも１つのチューブであって、内径および外径を含み、前記外径が、前記少なくとも１つのアパーチャの前記受入れ径内に嵌合するように構成された、少なくとも１つのチューブと
を備え、
前記少なくとも１つのチューブが、前記チューブの前記内径に対して半径方向力を掛けることによって、前記外径のある位置で前記少なくとも１つのアパーチャの前記受入れ径に動作可能に連結される、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのチューブの前記内径内に受け入れられるように構成されたエキスパンダーをさらに備え、前記エキスパンダーが少なくとも１つのエキスパンダーヘッドを含む、請求項１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのエキスパンダーヘッドが、前記エキスパンダーが所定の速度で回転すると拡張するように構成された、請求項２記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのエキスパンダーヘッドが、前記エキスパンダーが前記所定の速度で回転すると、前記少なくとも１つのチューブの前記内径に対する前記半径方向力を発生させる、請求項３記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのチューブが前記少なくとも１つのアパーチャに摩擦溶接される、請求項４記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのチューブがステンレス鋼を含む、請求項１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのチューブがニッケル基合金を含む、請求項１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項８】
前記プレートがステンレス鋼を含む、請求項１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項９】
複数のアパーチャおよび複数のチューブをさらに備える、請求項１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項１０】
複数のアパーチャを有するプレートと、
内径および外径をそれぞれ有し、前記外径が前記複数のアパーチャ内に嵌合するように構成された複数のチューブと、
前記内径内に取外し可能に配置されるように構成されたエキスパンダーであって、前記エキスパンダーの拡張によって、前記複数のチューブが前記複数のアパーチャに固定的に接続される、エキスパンダーと
を備える、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリ。
【請求項１１】
前記エキスパンダーのエキスパンダーヘッドをさらに備え、前記エキスパンダーが所定の速度で回転すると前記エキスパンダーヘッドが拡張する、請求項１０記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項１２】
前記エキスパンダーが拡張すると、前記複数のチューブが前記複数のアパーチャに摩擦溶接される、請求項１１記載のマイクロミキサアセンブリ。
【請求項１３】
少なくとも１つのエキスパンダーヘッドを有するエキスパンダーをチューブの内径内に挿入するステップと、
前記チューブをプレートの受入れアパーチャに挿入するステップと、
前記エキスパンダーを用いて前記チューブに対して半径方向力を掛けて、前記チューブの外径と前記受入れアパーチャとの間に少なくとも１つの動作可能な接続を形成するステップと
を含む、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリを組み立てる方法。
【請求項１４】
前記チューブの前記外径を前記受入れアパーチャに摩擦溶接するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
ローターを前記チューブに動作可能に連結するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記ローターを前記エキスパンダーに動作可能に連結するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記チューブを第１の回転速度で回転させ、前記エキスパンダーを第２の回転速度で回転させるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記チューブがステンレス鋼を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記チューブがニッケル基合金を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記エキスパンダーおよび前記チューブの前記内径に潤滑剤を注ぎ液冷するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、タービンシステムに関し、より詳細には、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、一般的にマイクロミキサプレートのアパーチャ内に配置された複数のパイプまたはチューブを含む、マイクロミキサアセンブリを含む場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パイプまたはチューブの数は、一般に、１０，０００個を大幅に上回り、したがって、各マイクロミキサプレートのアパーチャ内でのパイプまたはチューブの組立ては面倒である。アパーチャ内でパイプまたはチューブを組み立てる一般的な方法は、金および／またはニッケルを含むことがある比較的高価なろうに依存するろう付けプロセスを伴う。かかるプロセスは時間を要するとともに高価である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によれば、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリは、受入れ径（receiving diameter）を備える少なくとも１つのアパーチャを有するプレートを含む。さらに、フローを受け入れ、そのフローを燃焼器に分配するための入口および出口を有する少なくとも１つのチューブを含み、少なくとも１つのチューブは内径および外径を含み、その外径は、少なくとも１つのアパーチャの受入れ径内に嵌合するように構成され、少なくとも１つのチューブは、チューブの内径に対して半径方向力を掛けることによって、外径のある位置で少なくとも１つのアパーチャの受入れ径に動作可能に連結される。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリは、複数のアパーチャを有するプレートを含む。さらに、内径および外径をそれぞれ有する複数のチューブを含み、その外径は、複数のアパーチャ内に嵌合するように構成される。さらに、内径内に取外し可能に配置されるように構成されたエキスパンダーを含み、エキスパンダーの拡張によって、複数のチューブが複数のアパーチャに固定的に接続される。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、タービンシステムのマイクロミキサアセンブリを組み立てる方法が提供される。方法は、少なくとも１つのエキスパンダーヘッドを有するエキスパンダーをチューブの内径内に挿入するステップを含む。さらに、チューブをプレートの受入れアパーチャに挿入するステップを含む。さらに、エキスパンダーを用いてチューブに対して半径方向力を掛けて、チューブの外径と受入れアパーチャとの間に少なくとも１つの動作可能な接続を形成するステップを含む。
【０００７】
これらおよび他の利点と特徴は、以下の説明を図面と併せ読むことによってより明白になるであろう。
【０００８】
発明と見なされる主題は、本明細書の結びで請求項において詳細に指摘され明確に請求される。本発明の上述および他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことによって明白である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ヘッド端部に位置するマイクロミキサアセンブリを有するタービンシステムの斜視図である。
【図２】プレートのアパーチャ内に配置されたチューブおよびチューブ内に配置されたエキスパンダーの上面断面図である。
【図３】マイクロミキサアセンブリを組み立てる方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明では、図面を参照して一例として、利点および特徴と併せて本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１を参照すると、燃焼器区画１２およびヘッド端部１４を有するタービンシステム１０が示される。ヘッド端部１４は、燃焼器区画１２に隣接した上流側位置に配置され、マイクロミキサアセンブリ１６を含む。マイクロミキサアセンブリ１６は、複数のチューブ２０をそれぞれ備える複数のセクター１８を有するプレート１７を含む。燃焼器区画１２は、上流側端部２４まで延在する外側ライナー２２によって画定される。外側ライナー２２から半径方向外側に間隔を空けて、かつ外側ライナー２２を取り囲んで封入するフロースリーブ２６がある。空気のフローは、外側ライナー２２およびフロースリーブ２６によって画定される空気通路内を、外側ライナー２２の上流側端部２４へと上流に向けて通過する。
【００１２】
図２を参照すると、プレート１７の受入れアパーチャ３０内にある、複数のチューブのうちチューブ２０の上面断面図が示される。プレート１７は、プレート１７を通って相対的に軸線方向に延在するとともに、チューブ２０を挿入できるように寸法決めされた受入れ径３２を有するようにそれぞれ構成された、複数の受入れアパーチャを含む。具体的には、チューブ２０は、内径３４、外径３６、入口３８、および出口４０を備える。チューブ２０の外径３６は、受入れアパーチャ３０の受入れ径３２内に挿入するように寸法決めされる。チューブ２０は、一般的に、１，６００°Ｆ（８７１℃）を超えることがある温度を有する領域で機能するのに適した耐久性材料で形成される。かかる材料は、ステンレス鋼および／またはハステロイ（登録商標）Ｘなどのニッケル基合金を含んでもよい。非ステンレス鋼部分のみが摩擦溶接位置に配置されるように、ステンレス鋼チューブの一部分がハステロイ（登録商標）Ｘで形成され、それによって、上述の動作温度に耐えられるチューブ２０の信頼できる部分が提供され得ることが想到される。同様に、プレート１７は、例えばステンレス鋼などの高温強度を有する材料を含む。上述の材料は、単なる実例として検討されるものであり、限定として理解すべきでない。
【００１３】
チューブ２０の内径３４は、少なくとも１つのエキスパンダーヘッド５２を含むエキスパンダー５０を受け入れるように寸法決めされる。具体的には、エキスパンダーヘッド５２の外径５４は、チューブ２０の内径３４に合わせて寸法決めされる。エキスパンダー５０は、タービンシステム１０の軸線方向と相対的に一致する長手方向５８に延在する軸体部分５６を備え、少なくとも１つのエキスパンダーヘッド５２が長手方向に沿って配置される。エキスパンダーヘッド５２の機能部は、プレート１７の受入れアパーチャ３０との摩擦溶接を形成することが望ましい、チューブ２０内のある位置に制御可能に配置される。その方法については詳細に後述する。各チューブ２０に対して２つ以上の摩擦溶接点が望ましいことがあり、かかる用途では、エキスパンダー５０は複数のエキスパンダーヘッドを含むことを理解されたい。これにより、各チューブ２０と受入れアパーチャ３０との間に複数の摩擦溶接点を形成することができる。
【００１４】
図３を参照すると、フローチャートは、全体として、マイクロミキサアセンブリ１６の組立て方法６０を示す。組立て方法６０は、チューブを受入れアパーチャ内に位置付けるステップ６２と、エキスパンダーをチューブの内径内に位置付けるステップ６４とを含む。エキスパンダー５０は、エキスパンダーヘッド５２、または上述したような複数の摩擦溶接点の場合はエキスパンダーヘッドが所望の摩擦溶接位置に配置されるようにして位置を定められる。ローターが、チューブおよび／またはエキスパンダーの軸体部分に動作可能に接続される（６８）。次に、チューブ２０の外径３６とプレート１７の固定された受入れアパーチャ３０との間の機械的摩擦によって熱が発生するのに十分な所定の速度で、ローターを回転させる（７０）。エキスパンダー５０、および特にエキスパンダーヘッド５２は、チューブ２０を変位させて受入れアパーチャ３０に融合させる、アプセット力として知られる半径方向力をもたらす。
【００１５】
組立て方法６０の間、エキスパンダー５０およびチューブ２０を互いに異なる速度で回転させてもよいことを理解されたい。これは、遊星歯車の入力歯車を操作することによって様々な歯車比を得ることができる遊星歯車などの歯車装置を用いることによって達成されてもよい。かかる構成では、チューブ２０は第１の速度で回転してもよく、この速度は、エキスパンダー５０が回転してもよい第２の速度とは異なる。使用される正確な速度は特定の用途に応じて変わるが、一例として、第１の速度は約１，０００ｒｐｍであってもよく、第２の速度は約９５０ｒｐｍであってもよい。上述の例示の速度は非限定的であり、比および速度は適宜変わることを理解されたい。適切な速度で動作することによって、拡張効果を生成するためのチューブ２０の回転速度に対するエキスパンダー５０の相対回転速度が得られ、一方で、チューブ２０の内径３４をエキスパンダー５０に接合させることにつながる可能性がある、内壁の過度の摩擦熱が回避される。チューブ２０と受入れアパーチャ３０との間に摩擦溶接が形成された後、エキスパンダー５０がチューブ２０の内径３４から取り外される。組立て方法６０の間、エキスパンダー５０およびチューブ２０の内径３４に潤滑剤が注がれ、液冷される。組立て方法６０の上述の説明は、正確な操作順序を限定しようとするものではなく、組立て方法６０は、組立ての多数の因子に基づいて異なる操作順序を含んでもよいことを理解されたい。
【００１６】
有利には、組立て方法６０は、数秒で各摩擦溶接点を形成する能力を提供し、それによって、チューブ２０とプレート１７の受入れアパーチャ３０とを機械的に接合するのに要する時間が、かかる機械的接合を形成するのに用いられる、例えばろう付けなどの他のプロセスに比べて大幅に低減される。それに加えて、組立て方法６０は、摩擦溶接界面における直接的な入熱を用いて、比較的小さな熱影響部をもたらす。かかる利益は、マイクロミキサアセンブリ１６などの高温動作領域で特に有用である。摩擦溶接プロセスはまた、溶接される材料間の表面をきれいにする傾向があるチューブ２０と受入れアパーチャ３０との間の機械的摩擦の傾向に基づいて、比較的短い準備時間しか必要としない。これは一般的に、上述のフラッシュが、チューブ２０および／または受入れアパーチャ３０の表面上に存在していた可能性がある汚れおよびごみを取り除くときに達成される。
【００１７】
限定された数の実施形態のみに関連して、本発明について詳細に記載してきたが、本発明はかかる開示の実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。より正確に言えば、本発明は、上述していない、ただし本発明の趣旨および範囲と同一基準である、任意の数の変形、変更、置換、または等価の構成を組み込むように修正することができる。それに加えて、本発明の様々な実施形態について記載してきたが、本発明の態様は、記載した実施形態の一部のみを含んでもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、上述の説明によって限定されるものと見なされるものではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００１８】
１０  タービンシステム
１２  燃焼器区画
１４  ヘッド端部
１６  マイクロミキサアセンブリ
１７  プレート
１８  セクター
２０  チューブ
２２  外側ライナー
２４  上流側端部
２６  フロースリーブ
３０  受入れアパーチャ
３２  受入れ径
３４  内径
３６  外径
３８  入口
４０  出口
５０  エキスパンダー
５２  エキスパンダーヘッド
５４  外径
５６  軸体部分
５８  長手方向
６０  組立て方法
６２  チューブを受入れアパーチャ内に位置付けるステップ
６４  エキスパンダーをチューブの内径内に位置付けるステップ
６８  ローターをチューブおよび／またはエキスパンダーの軸体部分に動作可能に接続するステップ
７０  ローターを回転させるステップ
【図１】
2013221515.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013221515.tif 000005